汽车电路点火系特点（汽车构造系列之八--点火系）

本系列主要针对汽车的构造来进行简单说明，一共分为23个专题，分别为：（1）发动机；（2）曲柄连杆机构；（3）配气机构；（4）燃料供给系；（5）排放控制；（6）冷却系；（7）润滑系；（8）点火系；（9）启动系；（10）传动系；（11）离合器；（12）变速器；（13）万向传动；（14）驱动桥；（15）行驶系；（16）车架；（17）车桥与车轮；（18）悬架；（19）转向系；（20）制动系；（21）车身；（22）电子控制；（23）新能源汽车。

前期文章有：汽车构造系列之十---传动系，汽车构造系列之二---曲柄连杆机构，汽车构造系列之一---发动机（开篇），汽车构造系列之十三---万向传动，汽车构造系列之七---润滑系汽车构造系列之十六---车架，汽车构造系列之十七---车桥与车轮，汽车构造系列之十八---悬架。

本篇主要介绍汽车构造系列之八--点火系。

一、点火系的概述

在汽油发动机中，点火系统是汽油发动机组成中最重要的电气系统之一，它的基本功能是在火花塞两电极之间产生电火花。为适应发动机的工作，还要求点火系统能在规定的时刻，按发动机的点火次序供给火花塞以足够能量的高电压，使其两电极间产生电火花，点燃混合气使发动机做功，从而保证发动机的正常运行。点火系工作性能的好坏直接影响到汽车的动力性、燃油经济性和排放性等。

在汽车100多年的发展历程中，点火系也经历了不断改进、不断完善的过程。概括起来汽油机点火系主要经历了磁电机点火系、机械控制式点火系、电子点火系和微机控制点火系4个主要阶段。每一种点火系都是在当时的制造工艺、对发动机不同的要求以及科学技术发展的支持下克服上一代产品的缺陷而产生的。汽车点火系的结构工作原理图如下：

二、点火系的分类

（一）磁电机点火系

电机点火系是最早的一种点火系，其电源是磁电机本身。磁电机是低压电源、断电—配电器、点火线圈等的组合体。低压电源为永磁式交流发电机。永磁式交流发电机转子旋转时，在初级绕组中产生低压交流电流；断电器触点打开时，初级电流被切断，在次级绕组中产生高压电动势，经配电器送往火花塞跳火。其点火系统示意图具体如下：

如下图，磁电机点火系的优点是体积小、重量轻、高速点火可靠，但在多缸、低速的情况下点火性能较差。其结构复杂‚维修不便‚加之在长期使用中永久磁铁磁性不够稳定‚会使次级电压下降‚所以现代汽车上已不使用这种点火系。

（二）机械控制式点火系

机械控制式点火系又称为传统点火系或蓄电池点火系，由电源、点火线圈、分电器、点火开关和火花塞等组成。分电器轴由发动机凸轮轴驱动，断电器凸轮的凸角数与发动机气缸数相等。其电源为蓄电池和发电机。

机械控制式点火系高压电的产生原理：发动机旋转时，分电器内断电器凸轮轴随之转动，断电器触点交替地闭合和打开。断电器触点闭合时，电流通过蓄电池正极→点火开关→点火线圈初级线圈→断电器触点→搭铁→蓄电池负极而构成回路，此回路又称为初级电路或低压电路。断电器触点打开时，在点火线圈初级线圈中感应出300 V左右的自感电动势，而点火线圈初级线圈和次级线圈为紧耦合，耦合系数约为1 ，这样就在次级线圈上自感产生15～25 kV高压电，配电器按发动机点火顺序将高压电分配给各缸火花塞，产生电火花。

机械式点火系统最大的缺点是因为断电器与驱动凸轮之间机械联动因此闭合角不能变化，而闭合时间和发动机转速的变化有很大的关系，当发动机转速升高时触点闭合时间缩短，初级线圈电流减小点火能量降低；当发动机转速降低时闭合时间又过长，造成线圈中电流过大容易损坏。

1. 电子点火系

电子点火系统与机械式点火系统完全不同，它有一个点火用电子控制装置，内部有发动机在各种工况下所需的点火控制曲线图(MAP图)。通过一系列传感器如发动机转速传感器、进气管真空度传感器(发动机负荷传感器)、节气门位置传感器、曲轴位置传感器等来判断发动机的工作状态，在MAP图上找出发动机在此工作状态下所需的点火提前角，按此要求进行点火。然后根据爆震传感器信号对上述点火要求进行修正，使发动机工作在最佳点火时刻。

电子点火系统也有闭环控制与开环控制之分:带有爆震传感器，能根据发动机是否发生爆震及时修正点火提前角的电控系统称为闭环控制系统；不带爆震传感器，点火提前控制仅根据电控单元内设定的程序控制的称为开环控制系统。

例如霍尔式电子点火系统，主要由霍尔式分电器、点火电子组件、高能点火线圈、火花塞等组成。发动机工作时，霍尔信号发生器的信号转子开始转动。当信号转子上的叶片进入霍尔元件与永久磁铁间的空气隙时，叶片在磁力线旁路‚霍尔元件无磁力线穿过，不产生霍尔电压，当信号转子上的叶片离开空气隙时，霍尔元件有磁力线穿过，产生霍尔电压。

分电器轴带动霍尔信号发生器的触发叶轮旋转。当触发叶轮的叶片进入空气隙时，信号发生器输出高电压信号‚使电子控制模块集成电路中末级的大功率三极管导通，点火系初级电路接通，电流经点火线圈和点火控制器大功率三极管，同时火花能量以磁场形式储存在点火线圈中。其工作原理图如下：

（四）微机控制点火系

随着微型计算机的迅猛发展,由微电脑控制的发动机已经取代了点火模块的功能。微电脑强大快捷的计算功能和控制功能,能随时检测发动机的转速、水温、爆震信号、负荷的变化以及自动变速箱的工作状况,随时根据需要改变点火提前角,达到精确控制的目的。

如下图所示，微机控制点火系主要由各类传感器(如车速传感器、曲轴位置传感器、发动机转速传感器、温度传感器、爆燃传感器等)/发动机控制微机(ECU)和点火执行器(即点火模块、点火线圈、分电器及火花塞等)三部分组成。水温传感器、爆震传感器、曲轴位置传感器、曲轴转速传感器等各种传感器把发动机的各种有关信息传递给ECU,经ECU综合处理后,向电子点火器发出点火指令IGT,由电子点火器、高压线圈、火花塞完成点火任务,执行机构将点火执行情况的信号IGT反馈给微机ECU。整个控制过程的实现是依靠计算机强大的分析处理数据的能力,根据发动机的不同运行工况不断修正点火提前角,以获得最佳的点火时刻,改善发动机性能,使发动机工作时其动力性和经济性达到最佳、排放污染最小。

随着时间的发展，微机控制点火系不断的改进与完善：

（1）采用闭环控制。大量的实践证明，轻微爆燃对提高汽油机的性能有利，于是利用爆燃传感器反馈控制的闭环控制方式被采用，CU根据爆燃传感器的信号，判断是否发生爆燃及爆燃的强度，并根据判断结果对点火提前角进行反馈控制：有爆燃时，逐渐减小点火提前角，使点火推迟，直到爆燃消失；无爆燃时，则逐渐增大点火提前角，使点火提前；当再次出现爆燃时，ECU又逐渐减小点火提前角，如此反复。通过对点火提前角进行反复调整，使发动机处于爆燃的边缘工作，有效提高发动机的动力性、经济性。

（2）采用直接点火方式。微机控制点火系采用分电器将点火线圈高压电分配至各缸火花塞时，由于分火头与分电器盖旁电极间产生火花，会对无线电产生干扰，同时分电器工作时产生的机械磨损会影响点火时刻的准确性，分电器安装位置和占据的空间也会给发动机的布置造成一定困难，所以，越来越多的电控汽车采用直接点火方式，即取消分电器。点火线圈的高压电在点火控制器的控制下，按照一定的点火顺序直接加到火花塞上，使发动机结构更加紧凑、工作更加可靠。

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